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1 Profª Eimi Veridiane Suzuki Dinâmica dos Corpos Aula 3 Conversa Inicial A cinética estuda as forças que atuam no corpo e o movimento que elas ocasionam Aqui, diferentemente da estática, os corpos não vão estar em equilíbrio, e a força resultante gerada pode provocar movimento, e é isso que estudaremos nesta aula Cinética Segunda Lei de Newton “Se a força resultante que atua sobre um ponto material não é zero, este terá uma aceleração proporcional à intensidade da resultante e na direção desta, com o mesmo sentido. ” (Beer; Johnston Jr., 2005) F=m.a Segunda lei de Newton Peso MYRIAM B/SHUTTERSTOCK 𝑾 𝒎.𝒈 2 (Beer et al., 2019) Os astronautas que aterrissaram na Lua durante as missões Apollo 15, 16 e 17 trouxeram de volta uma grande coleção de pedras para a Terra. Sabendo que as rochas pesavam 700N quando estavam na Lua, determine (a) o peso das rochas na Terra, (b) a massa das rochas em kg. A aceleração devido à gravidade na Lua é 1,625m/s². 𝑊 𝟕𝟎𝟎𝑵 𝑊𝑻𝑬𝑹𝑹𝑨 ? ? 𝒈 𝟏,𝟔𝟐𝟓m/s² 𝒈𝑻𝑬𝑹𝑹𝑨 𝟗,𝟖𝟏𝒎/𝒔² 𝒎 ? 𝑊 𝑚.𝑔 700 𝑚. 1,625 𝒎 𝟒𝟑𝟎,𝟕𝟔𝟗𝟐𝒌𝒈 𝑊 𝑚.𝑔 𝑊 430,7692 . 9,81 𝑾𝑻𝑬𝑹𝑹𝑨 𝟒𝟐𝟐𝟓,𝟖𝟒𝟔𝟐𝑵 Quantidade de Movimento Linear Quantidade de Movimento 𝑎 𝑑𝑣 𝑑𝑡 𝑭 𝒎.𝒂 𝐹 𝑑 𝑑𝑡 𝑚𝑣 𝑚𝑣 é chamado de Quantidade de Movimento representado por L 𝐿 𝑚. 𝑣 (Beer et al., 2019) Um satélite de 400kg e posto em uma órbita circular a 1500 km acima da superfície da Terra. A aceleração da gravidade nesta elevação é 6,43 m/s². Determine a quantidade de movimento linear do satélite, sabendo que sua velocidade orbital é de 25,6.10³km/h. 𝒎 𝟒𝟎𝟎𝒌𝒈 𝒈 𝟔,𝟒𝟑𝒎/𝒔² 𝒅𝒊𝒔𝒕â𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒂 𝑻𝒆𝒓𝒓𝒂 1500km 𝒗 𝟐𝟓,𝟔.10³km/h 𝑳 ? 𝑣 25,6.10³k m h⁄ 3,6 𝑣 7,1111.10³ m s⁄ 𝐿 𝑚. 𝑣 𝐿 400 . 7,1111.10 𝑳 𝟐,𝟖𝟒𝟒𝟒.𝟏𝟎𝟔𝒌𝒈.𝒎/𝒔 3 Equação de Movimento 𝐹 𝑚.𝑎 D E S IG N U A / S H U T T E R S T O C K Segunda Lei de Newton Se o diagrama de corpo livre representa o somatório das forças (∑F) que atuam sobre o corpo, o diagrama cinético representa o ma, ou seja, é ele que deve ser representado neste diagrama, de forma que os dois diagramas se completem, pois ∑F=ma. Diagrama de corpo livre e diagrama cinético (Hibbeler, 2011) O trem de 160Mg parte do repouso e começa a subir o aclive, como mostrado. Se o motor exerce uma força de tração F de 1/8 do peso do trem, determine a velocidade do trem quando ele tiver avançado uma distância de 1km aclive acima. Despreze a resistência do rolamento Diagrama de corpo livre Diagrama cinético Agora vamos achar o valor de W e de F, que é 𝑊. 𝑊 160. 10 . 9,81 1569,6𝑘𝑁 𝐹 1 8 . 1569600 196200𝑁 𝑜𝑢 196,2𝑘𝑁 O ângulo do aclive é: tan𝛼 1 10 𝛼 5,711° 4 Aplicando a segunda lei de Newton: 𝐹 𝑚.𝑎 196200. 1569600. 𝑠𝑒𝑛 5,711° 160. 10 .𝑎 𝑎 0,2501𝑚/𝑠² 𝒗𝟎 𝟎 ∆𝒙 𝟏𝒌𝒎 𝟏𝟎𝟎𝟎𝒎 𝒂 0,2501𝑚/𝑠² 𝒗 ? 𝑣 𝑣 2𝑎∆𝑥 𝑣 0 2.0,02501.1000 𝒗 𝟐𝟐,𝟑𝟔𝟓𝟐𝒎/𝒔 Equação de Movimento: Coordenadas Retangulares Equação de movimento: coordenadas retangulares 𝐹 𝒊 𝐹 𝒋 𝐹 𝒌 𝑚 𝑎 𝒊 𝑎 𝒋 𝑎 𝒌 Ou ainda podemos escrever: 𝐹 𝑚.𝑎 𝐹 𝑚. 𝑎 𝐹 𝑚.𝑎 (Beer et al., 2019) Um bloco B de 6kg parte do repouso e desliza sobre uma cunha A de 15kg que é suportada por uma superfície horizontal. Desprezando o atrito, determine (a) a aceleração da cunha e (b) a aceleração do bloco em relação à cunha 𝐹 𝑚.𝑎 𝑁 𝑠𝑒𝑛30° 𝑚 𝑎 𝑁 0,5 15𝑎 𝑁 30𝑎 5 𝐹 𝑚.𝑎 𝐹 𝑚.𝑎 𝑁 𝑊 𝑐𝑜𝑠30° 𝑚 𝑎 𝑠𝑒𝑛30° 𝑊 𝑠𝑒𝑛30° 𝑚 𝑎 𝑐𝑜𝑠30° 𝑚 𝑎 / 𝑁 𝑊 𝑐𝑜𝑠30° 𝑚 𝑎 𝑠𝑒𝑛30° 𝑊 𝑠𝑒𝑛30° 𝑚 𝑎 𝑐𝑜𝑠30° 𝑚 𝑎 / 𝑁 30𝑎 𝑊 𝑠𝑒𝑛30° 𝑚 𝑎 𝑐𝑜𝑠30° 𝑚 𝑎 / 9,81.0,5 1,5447. 𝑐𝑜𝑠30° 𝑎 / 𝒂𝑩/𝑨 𝟔,𝟐𝟒𝟐𝟕𝒎/𝒔² 30𝑎 𝑚 .𝑔 𝑐𝑜𝑠30° 𝑚 𝑎 𝑠𝑒𝑛30° 30𝑎 6 . 9,81 𝑐𝑜𝑠30° 6𝑎 𝑠𝑒𝑛30° 𝒂𝑨 𝟏,𝟓𝟒𝟒𝟕𝒎/𝒔² Equação de Movimento: Coordenadas Normais e Tangenciais Quando um corpo está em movimento em uma curva, a equação do movimento é escrita em duas partes, com a componente normal e com a componente tangencial Movimento Curvo ZIZOU7/SHUTTERSTOCK Componente tangencial e Componente Normal Componente tangencial: 𝐹 𝑚.𝑎 Componente Normal: 𝐹 𝑚.𝑎 𝐹 𝑚. 𝑑𝑣 𝑑𝑡 𝐹 𝑚. 𝑣 𝜌 (Hibbeler, 2011) Um carro esporte, tendo massa de 1700kg, move-se horizontalmente ao longo de uma pista com inclinação de 20°, a qual é circular e tem um raio de curvatura de ρ = 100m. Se o coeficiente de atrito estático entre os pneus e a estrada é de μe=0,20, determine a velocidade constante máxima na qual o carro pode se mover sem escorregar subindo a parte inclinada. Despreze a dimensão do carro 6 𝐹 0 𝑊 𝑁. 𝑐𝑜𝑠20° 𝐹 . 𝑠𝑒𝑛20° 0 𝑚𝑔 𝑁. 𝑐𝑜𝑠20° 𝜇 𝑁. 𝑠𝑒𝑛20° 0 1700.9,81 𝑁. 𝑐𝑜𝑠20° 0,2.𝑁. 𝑠𝑒𝑛20° 0 𝑁 19140,6156 𝑁 𝐹 𝑚.𝑎 𝑚. 𝑣 𝜌 𝐹 . 𝑐𝑜𝑠20° 𝑁. 𝑠𝑒𝑛20° 𝑚 𝑣 á 𝜌 𝜇 𝑁. 𝑐𝑜𝑠20° 𝑁. 𝑠𝑒𝑛20° 𝑚 𝑣 á 𝜌 0,20 . 19140,6156 . 𝑐𝑜𝑠20° 19140,6156 . 𝑠𝑒𝑛20° 1700 𝑣 á 100 𝒗𝒎á𝒙 𝟐𝟒,𝟒𝟐𝟕𝒎/𝒔²